フリスクケースにぴったり収まる！高音質設計 USB DAC 基板
TI バーブラウン製 DA コンバータ PC2704 を使った USB DAC 基板の第三弾になります。
これまでの2つの基板は USB メモリサイズにこだわりチップ部品を採用しました。その為、音質部品に変更することも難しいので今回はできる限りリード部品を使うことにします。
といっても、小さくて高音質な USB DAC というコンセプトは維持したいのであまり大きくしたくはありません。また、基板がむき出しというのは赴きもありますが、やはりそれなりにケースもあったほうが良いのも確かです。
そこで、ネットでも良く事例があるフリスクのケースを使えるように、ぴったりサイズに設計することにします。フリスクケース収めればフリスクオリジナルのケース以外でもデコレーション用のケースもネットで入手可能なので、USB DAC の”音”以外でもいろいろ楽しむことができます。
とういうことで、基板サイズはこのフリスクのケースに収まるサイズにしました。作成した基板は USB インターフェースに USB mini-B コネクタを実装したタイプと USB A（オス） コネクタを実装したタイプの2種類です。
主な仕様
主な仕様は以下になります。
| 項目 | 仕様 | 備考 |
|---|---|---|
| 基板寸法 | 27.5mm x 66.5mm x 1.0mm | |
| 外形寸法 | 27.5mm x 67.5mm x 8.0mm | |
| DA コンバーター | PCM2704DB | テキサス・インスツルメンツ(TI) |
| サンプリング周波数 | 32kHz/44.1kHz/48kHz | |
| 分解能 | 16bit | |
| 入力 I/F | USB 1.1 | USB mini-B タイプコネクタ |
| 出力 I/F | ヘッドホン/ライン | Φ3.5mm ステレオミニジャック |
| 電源 | バスパワー(5V 250mA) |
回路図
PCM2704に供給するクロックは水晶発振子と温度補償型水晶発振器（TCXO）の両方が実装できるようにパターン設計しています。デフォルトでは水晶発振子を実装とし、TCXO とその電源のパスコン（0.1uF）およびクロック出力のダンピング抵抗（22Ω）を未実装としています。
さらにPCM2704に供給する電源は LDO リニアレギュレータで生成して安定化を図り、デジタル電源（Vdd）とアナログ電源（AVcc）は LC フィルタで分離しています。
部品表
LDO リニアレギュレータには、ローノイズ、高リップル除去比を実現したという新日本無線の NJM2845 を採用しています。また、アナログ出力のフィルタ回路には NISSEI の積層形メタライズド・ポリエステル・フィルム・コンデンサ MMT を採用しています。
| デバイス名 | 型名 | 定数 | 定格 | リファレンス番号 |
|---|---|---|---|---|
| プリント基板 | USBDAC-FRISK | |||
| DAコンバーター | PCM2704DBR | - | - | IC1 |
| LDO | NJM2845DL1-33 | - | - | IC2 |
| LED | L-2060HD | - | 赤 | D1 |
| USB mini-B コネクタ | UX60SC-MB-5ST | - | CN1 | |
| ステレオミニジャック | ST-005 | - | CN2 | |
| ポリスイッチ | RXEF025 | - | 250mA | F1 |
| マイクロインダクタ | AL0307 1R0K | 1uH | - | L1,L2 |
| 炭素皮膜抵抗器 | RD16S 1M | 1MΩ | 1/6W,±5% | R2,R6 |
| 炭素皮膜抵抗器 | RD16S 1K5 | 1.5kΩ | 1/6W,±5% | R1,R5,R13,R16 |
| 炭素皮膜抵抗器 | RD16S 3K3 | 3.3kΩ | 1/6W,±5% | R9,R10,R11,R12 |
| 炭素皮膜抵抗器 | RD25SJ 15Ω | 15Ω | 1/4W,±5% | R7,R8 |
| 炭素皮膜抵抗器 | RD25SJ 22Ω | 22Ω | 1/4W,±5% | R3,R4,R15 |
| 積層セラミックコンデンサ | FK28Y5V1H04ZN006 | 0.1uF | 50V,+80/-20% | C1,C5 |
| 積層セラミックコンデンサ | RD15N220J1HH5L | 22pF | 50V,±5% | C4,C6 |
| 積層セラミックコンデンサ | RDER71H105K2K1C03B | 1uF | 50V,±10% | C7,C8,C9 |
| 積層セラミックコンデンサ | RDEC71E106K2K1C03B | 10uF | 25V,±10% | C15,C16 |
| 積層フィルムコンデンサ | NISSEI MMT | 0.022uF | 50V,±5% | C11,C12 |
| アルミ電解コンデンサ | UMA1C100MDD | 10uF | 16V,±20% | C2,C3,C10 |
| アルミ電解コンデンサ | UMA1C101MDD | 100uF | 16V,±20% | C13,C14 |
| 水晶発振子 | 12MHz | X1 |
基板の概観
フリスクサイズUSB DAC基板の概観と主要デバイスです。
使用方法
動作の確認は Linux (Ubuntu 12.10)、Windows XP/Vista/7 で確認しています。また、参考として iPad 2 での動作も確認しています。
Linux
Ubuntu 12.10 で確認しています。PC の USB コネクタに直接挿入し、「システム設定」-「サウンド」に追加されている「アナログ出力 USB Audio DAC」を選択することで使用可能になります。
Windows Vista/7
PC の USB コネクタに直接挿入することで、ドライバがインストールされて使用することが可能になります。デバイスマネージャーでは「USB Audio DAC」として認識されます。コントロールパネルの「ハードウェアとサウンド」-「サウンド」で再生デバイスとしてスピーカーUSB Audio DACが追加されていることが確認できます。
Windows XP
PC の USB コネクタに直接挿入することで、ドライバがインストールされて使用することが可能になります。デバイスマネージャーでは「USB オーディオ デバイス」として認識されます。コントロールパネルの「サウンドとオーディオデバイス」のプロパティ「オーディオ」タブの音の再生に「USB Audio DAC」が追加されていることが確認できます。
フリスクケースの加工
基板を収めるフリスクのケースを加工します。加工するにあたっては手作業ですので、さほど精度は期待しませんしその必要もないでしょう。
用意するもの
まずはカッターナイフです。最悪これだけでも何とかなります。
丸孔を開けるにはテーパーリーマーというツールが便利です。開ける孔径によっていくつかの種類がありますが、筆者は、孔開範囲3～12φのもので「エンジニア テーパーリーマー TR-01
そして、テーパーリーマーを使う為に小さい孔を開けるのにキリまたはピンバイス
また、カット後の断面を滑らかにしたり、寸法の微調整のためにダイヤモンドヤスリなどを使います。これも百均で購入しています。
その他ラジオペンチがあると良いかもしれません。
加工方法
加工にはカッターナイフを使いますので、使用にあたっては怪我のないよう十分な注意が必要です。
実際の加工方法ですが、まず始めにフリスクケースの内側にある仕切りをなくします。カッターナイフで黒い線の部分に切れ込みを入れ、青い線の部分はキズを入れます（これは必要ないかも）。そして、ラジオペンチなどでパキッと折ります。折った後はカッターナイフで壁、底とも凸部がなくなるように削ります。基板のサイズがフリスクケースの内側寸法に対し、余裕がないので凸部があると入らなくなる可能性があります。（①）
同様にしてUSBコネクタ用に四角の切り欠きを開けますが、カッターナイフで切った後はダイヤモンドヤスリでバリを削ったり寸法の微調整をします。（②）
ステレオミニジャック用の孔を開けます。孔を開ける位置にピンバイスで2.5φの孔を開け、テーパーリーマーをその孔に差し込んでグリグリという感じで孔径が5～6φ程度になるまで押すように回転させます。（③）
こんな感じで出来上がります。（④）
頒布
このページで紹介した基板をLINUXCOMネットショップ Yahoo!店で販売しています。もし、「いいかも！」と思われた方は以下のリンク先まで。
3D プリント出力ケース
ケースの加工が面倒という人のために基板を収納するケース（底）の 3D データを作成して DMM.COM のクリエーターズマーケットに出品しました。フリスクケースの底と同サイズですのでフリスクの蓋をそのまま使用することができます。造形する素材はアクリル樹脂、ナイロン（ポリアミド）から選択できます。以下のサンプルは USB A コネクタタイプ用で、アクリル樹脂によるものです。購入には無料会員登録が必要です。なお、DMM.COM は国内の他の 3D プリント出力サービス会社よりもかなり低価格になっていますが、正直高いです。<(_ _)>
USB Aコネクタタイプ用ケースです。
USB DAC基板 UDF-1100Aを収めた状態。
フリスクのケースをかぶせた状態。ピッタリ！！
